Kütleçekimsel Dalgalar, Nötrinolar Gibi İki Farklı Durum Arasında Salınım Yapıyor Olabilir

Teorik analizlerle birlikte, 2016 yılında ilk defa tespit edilen kütleçekim dalgalarına ait verileri kullanan fizikçiler, kütleçekim dalgalarının “g” ve “f” tipi kütleçekim dalgaları adı verilen iki f..
Görsel Telif:

Teorik analizlerle birlikte, 2016 yılında ilk defa tespit edilen kütleçekim dalgalarına ait verileri kullanan fizikçiler, kütleçekim dalgalarının “g” ve “f” tipi kütleçekim dalgaları adı verilen iki form arasında salınım yapıyor olabileceğini ortaya koydu. Fizikçiler bu olgunun, nötrinoların üç farklı nötrino çeşnisi arasında (elektron, müon ve tau) salınım yapmasına benzer olduğunu düşünüyor.* Salınım yapan kütle çekim dalgaları, “iki ölçütlü kütleçekim” ya da kısaca “ikili kütleçekim” adı verilen düzenlenmiş bir kütleçekim teorisinde ortaya çıkıyor ve fizikçiler bu dalgaların ileride yapılacak deneylerle tespit edilebileceğini ortaya koydu.

Evrendeki maddenin sadece % 5’i tam anlamıyla anlaşılabilir durumda. Evrenin neden oluştuğu (karanlık madde ve karanlık enerji) sorusunu ele almak için, pek çok  araştırmacı yeni parçacıklarla birlikte, alternatif parçacık fiziği modellerini tartışıyor. Bununla beraber, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndaki (LHC) gibi deneyler, henüz bu tür egzotik parçacıkları keşfedemedi. Bu da, belki de problemin kütleçekim kısmının düzenlenmesi gerekebileceği sonucunu ortaya çıkarıyor.

Physical Review Letters`da yayımlanan bu çalışma, evrenin kalan % 95’lik kısmının neden meydana geldiği sorusuna, yeni parçacıklardan ziyade, cevabın kütleçekim üzerinde yapılan düzeltmelerle verilebilmesine yardımcı olabilir.

Araştırma, düzenlenmiş kütleçekim teorisinden ne tür sinyaller beklememiz gerektiğini sorguluyor ve ikili kütleçekimin bu tarz benzersiz bir sinyal içerdiği ve böylelikle diğer teorilerden ayırt edilebileceği sonucuna varıyor. LIGO’nun kütleçekim dalgalarını son tespiti evrenin karanlık kesimleri için bize yeni bir pencere açtı.

Bir Yerine İki Kütleçekim

Mevcut durumda, kütleçekime dair en iyi teori, uzay-zamanı tanımlamak için tek bir ölçüt kullanan Einstein’ın genel görelilik teorisidir. Sonuç olarak, kütleçekim etkileşimlerine, kütlesiz olan ve böylece ışık hızında hareket edebilen, graviton adındaki tekli varsayımsal bir parçacık aracılık eder.

Genel görelilik ile ikili kütleçekim arasındaki esas fark, ikili kütleçekimin g ve f adlarında, iki ölçüt kullanmasıdır. g-tipi; fiziksel bir ölçüt ve madde ile eşleşebilirken, f-tipi; steril bir ölçüttür ve madde ile eşleşmez. İkili kütleçekimde, kütleçekimsel etkileşimlere iki graviton aracılık eder, bunlardan birisi kütleliyken, diğeri kütlesizdir. Bu iki graviton, g-tipi ve f-tipi ölçütlerinin farklı kombinasyonlarından (veya süperpozisyonlarından**) meydana gelir, böylelikle de çevredeki maddeyle farklı şekillerde eşleşebilirler. İkili kütleçekim çerçevesindeki iki ölçütün (ve iki gravitonun) varlığı, nihayetinde de salınım olayına yol açar.

Fizikçilere göre, kütleli bir gravitonun var olabileceği; neredeyse genel göreliliğin ortaya çıkışından bu yana mevcut bir fikirdir.

Einstein’ın genel görelilik teorisi, kütleçekim etkileşimleri için ışık hızında seyahat eden tek bir aracı parçacık (graviton) varsayımında bulunur. 1930’lu yıllarda bilim insanları, kütleli, dolayısıyla da ışık hızından daha düşük bir hızda hareket eden aracı parçacık içeren bir teori bulma arayışındaydı.  Bu çaba oldukça zorluydu ve ancak 2010 yılında gerçekleştirilebildi. İkili kütleçekim, 2010’daki çalışmanın bir değil, iki dinamik ölçüt içeren bir versiyonuydu. Bu ölçütlerden biri maddeyle eşleşir, diğeri eşleşmez ve bunların lineer kombinasyonu, kütleli (ışık hızından daha yavaş) hale gelirken, diğeri kütlesizdir (ışık hızında).

Salınımlar

İkili kütleçekim çerçevesi içerisinde fizikçiler, kütleçekim dalgalarının uzayda yayılırken, g ve f tipleri arasında salınım yaptığını ortaya koydular ancak buna karşın yalnızca g-tipi tespit edilebiliyor. Geçmiş araştırmalar, bu salınımların olabileceğini öne sürmesine rağmen, fiziksel olmayan (örneğin enerji korunumunun ihlali gibi) sonuçlara yol açtı. Bu yeni çalışma, mevcut astrofiziksel testlerle saptanabilecek kadar büyük kütleli gravitonları da göz önüne aldığında, salınımların, gerçekçi bir fiziksel senaryo içerisinde teorik olarak ortaya çıkabileceğini gösteriyor.

Bu salınımları anlamak için; bilim insanları, salınımların nötrino salınımları gibi pek çok biçimde ortaya çıkabileceğini öne sürüyor. Nötrinolar, üç çeşni (elektron, müon ve tau) halinde ortaya çıkmasına rağmen, nükleer reaksiyonlarda üretilen nötrinolar, elektron nötrinolarıdır (veya elektron anti nötrinoları), çünkü diğerleri kararlı maddeyi oluşturmak için çok ağırdır. Benzer şekilde, ikili kütleçekimde maddeyle eşleşen sadece g ölçütüdür. Dolayısıyla kara delik birleşmeleri gibi astrofiziksel olaylar sonucu ortaya çıkan kütleçekim dalgaları g-tipidir, çünkü f-tipi kütle çekim dalgaları maddeyle eşleşmez.

Salınım olgusunu anlayabilmedeki kilit nokta, elektron nötrinolarının belirli bir kütlesinin olmamasıdır. Esasında elektron nötrinoları; üç nötrino özdurumunun süperpozisyonu halindedirler. Daha matematiksel bir ifadeyle konuşmak gerekirse, kütle matrisi, çeşni (elektron-müon-tau) bazında köşegensel değildir. Bu nedenle, uzayda nasıl hareket edeceklerini tanımlayan dalga fonksiyonu bunları birbirine karıştırır ve böylelikle ‘salınım’ yaparlar. Aynı durum ikili kütleçekim için de geçerlidir. g-tipi ölçüt, kütleli ve kütlesiz gravitonun bir karışımıdır, böylelikle kütleçekim dalgası evrende hareket ederken, g-tipi ve f-tipi ölçütü kütleçekim dalgaları arasında salınım yapar. Yine de, sadece g-tipi ölçütü maddesel dedektörlerle tespit edebiliriz, f-tipi ölçüt ise görülmeden geçer gider. Eğer ikili kütleçekim doğanın doğru tanımlamasıysa, kütleçekim dalga sinyali üzerinde önemli bir iz bırakmalıdır.

Fizikçiler, nötrino salınımlarının Schrödinger dalga denklemi tarafından tanımlanan kuantum mekaniksel bir olgu olması ve kütleçekim dalga salınımlarının bir kuantum etkisi değil de, klasik dalga denklemi tarafından tanımlanıyor olmasına rağmen, nötrinolar ile kütleçekim dalgaları arasındaki benzerliğin yine de var olduğunu belirtiyorlar.

Fizikçilerin öngördüğü önemli bir etki, kütleçekim dalga salınımlarının, genel görelilik tarafından öngörülenlere kıyasla daha büyük gerilim geçişlerine yol açmasıdır. Bu sonuçlar, kütleçekim dalga salınımlarının deneysel olarak tespit edilmesine ve ikili kütleçekim için destek bulunmasına yeni bir yol sunuyor.

 

*Parçacıkların standart modelinde lepton adı verilen bir parçacık türü bulunur. Leptonlar her biri negatif yüklü 3 nesil parçacık, sırasıyla elektron, müon, tau ve bu parçacıklara denk gelen nötrino çeşnilerinden, sırasıyla elektron nötrinosu, müon nötrinosu ve tau nötrinosundan oluşur. Herhangi bir nötrino, bu çeşnilerden birinde sabit olarak bulunmaz, bu üç çeşni arasında salınım yapar. Daha fazla bilgi için, standart model yazımıza ve bu yazımıza bakabilirsiniz.

**Kuantum fiziğinde, parçacıklar aynı zamanda dalga karakteri gösterebilir ve bu nedenle gözlem altında olmadığı zaman, bir parçacık dalga karakterinin izin verdiği olası bütün durumlarda aynı anda bulunabilir. Bu durum, “durumların üst üste binmesi” yani süperpozisyon olarak adlandırılır. Daha fazla bilgi için, bu yazımıza bakabilirsiniz.

 


Kaynak: Gravitational waves may oscillate, just like neutrinos < https://phys.org/news/2017-09-gravitational-oscillate-neutrinos.html >
Referans: Gravitational Wave Oscillations in Bigravity < https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.111101 >DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.111101


Bu içerik BilimFili.com yazarı tarafından oluşturulmuştur. BilimFili.com`un belirtmiş olduğu “Kullanım İzinleri”ne bağlı kalmak kaydıyla kullanabilirsiniz.

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv